摘 要：本文重点介绍目前我国高铁无线通信GSM-R技术的构成，及利用GSM-R技术平台实现集铁路通信、信号、接触网供电等管控信息联锁共享确保高铁安全运行的思考。
关键词：管控信息 联锁 共享 安全
前 言
随着我国经济实力的增强，目前不断加大对高速铁路的建设力度，提高铁路的现代化水平，铁路的管控信息化是铁路现代化发展的重要标志；随着铁路的发展，铁路管控信息化要求的无线数据传输内容越来越多：“安全、可靠、互通、共享、无线、宽带”将成为铁路管控信息化平台的重要特征。
而铁路即有的管控信息系统只能解决地面上固定节点之间的通信问题，而列车与地面之间的无线通信一直是铁路管控信息化提升急待解决的问题，目前我国高铁通信采用GSM-R技术作为铁路专网无线通信的标准。GSM-R不同于传统的无线列调技术，它具有设计运输指挥及安全的功能，同时，GSM-R作为技术密集、功能密集的现代化通信信息系统，其作用决不只是无线列调的更新换代，而是铁路行业运输生产，客货经营实现信息化的基础设施，是铁路综合管控信息服务的应用平台，以GSM-R为代表的铁路综合数字移动通信系统的引入，将有效地释放铁路运输生产力、提高铁路运输安全保障能力，全面提升铁路通信现代化的水平是铁路管控信息化的必由之路。
一、 确保铁路通信畅通可靠
铁路移动通信的覆盖范围为铁路沿线的狭长地带、站场、车站所在地的区域，既要面状覆盖又要链状覆盖，铁路沿线地形复杂：如市区低速区、开阔地高速区、山区、丘陵、桥梁、劈山口、隧道等，无线电传播环境恶劣，加之列车的快速移动，通信传输的连续性和可靠性至关重要；在传输调度、控制指令时，对实时性、可靠性要求极高。
1.1、GSM-R高铁通信技术平台特性
GSM-R系统承载了列车调度和列车控制系统中的关键指令，发生故障将引起铁路系统的混乱，甚至可能造成严重的安全事故。因此，铁路系统对GSM-R的可靠性要求极为严格。
针对目前高铁对通信的特有要求，GSM-R系统采用两种覆盖方式：同址双站覆盖和交织冗余覆盖，双重保证高速环境下网络单点故障不影响业务。同址双站覆盖方案：既在同一物理站点部署两套基站，形成A/B两层网络覆盖，当A网基站故障时，B网响应基站立即接管故障基站工作，实现信号无缝联接，以保证无线覆盖的安全性，而在交织冗余覆盖方案中，一个站点放置一套基站，当其中一个基站故障时，两侧的基站可接力覆盖，确保单个站点故障不影响无线网络的覆盖。
1.2、GSM-R无线信号覆盖解决方案
铁路沿线地形地貌情况复杂，无线覆盖的弱场很多，在铁路并线区域、交叉线路点、大型车站、隧道、桥梁、沟壑等弱场区域、以及铁路编组站场等铁路汇聚点，无线覆盖的问题日益突出；同时，列车的屏蔽效应也影响了车体内的通信质量；铁路运营单位对无线网络的技术指标要求很高，如：紧急呼叫建立时间必须小于2S,切换成功率≥99.5%等,这些都对GSM-R无线覆盖提出了严峻挑战.
目前,高铁GSM-R无线通信网普遍采用分布式基站(既射频拉远单元)方案来专门解决铁路天线覆盖的难题, GSM-R分布式基站由基带单元(BBU)和远端射频单元(RRU)组成,两者通过光纤(或泄露电缆)连接,相比于传统一体化基站, 分布式基站的BBU模块和RRU模块体积小、重量轻、安装维护更为简单灵活,特别适合铁路沿线的隧道、桥梁、山区覆盖。
对于站场、隧道等弱场强覆盖解决方案，现行较成熟技术是将RRU拉远、多RRU共逻辑小区、BBU/RRU环网等技术，可将切换带设置在隧道等弱场区域外，提高弱场强的网络信号质量和网络可靠性；和传统光纤直放站的弱场强覆盖方案相比分布式基站隧道等弱场区域覆盖解决方案可有效控制上行噪声，使得拉远RRU的接受灵敏指标不会因为级联级数的增加而恶化；RRU比直放站有更大的输出功率，从而可以提高信号质量，减少隧道、沟壑、站场中安装的RRU的数量，节省建设投资成本；拉远的RRU设备和基站设备可以进行统一的远程管理和性能统计，监控和设备网管非常方便，无需设置专门的直放站网管系统。
1.3、高铁对无线通信技术的要求
随着我国高铁时代的到来，高速移动的列车给GSM-R的无线网络设计和建设带来了新的技术挑战，其中最重要的两个问题是：一、高速列车的移动给上行和下行信号带来了严重的多普勒频偏效应。从而导致严重的信号快衰落，影响终端的收发性能，直接的表现就是用户的掉话频繁、话音质量差、呼通率下降、数据业务误码率升高、吞吐量降低。二、高速列车的快速移动使得列车上的终端驻留于小区的时间大大缩短，列车高速移动过程中将会产生更加频繁的小区重选和切换，当小区间的重叠覆盖区域不合理或者重叠覆盖区域偏小时，将会导致越区切换成功率下降，掉话率上升等问题。
目前可靠的技术解决方案是采用频偏校正法，可抵御500km/h时速下的多普勒频偏带来的信号衰落，有效弥补接受性能的下降。多RRU共逻辑小区技术（图一）通过将若干个RRU配置为同一（BBU）逻辑小区并发射相同的信号，拉长逻辑小区的覆盖距离，减少高速列车上移动终端的切换频率；优化的切换算法可以减少切换判决和切换执行的时间，提升切换成功率，并减少切换带的设置长度；基于速度和方向判断的切换算法，减少了硬（又称乒乓）切换的可能，并进一步降低了切换时间和提升了切换成功率，目前铁道部规定高速切换指标是10S完成两次切换。
多RRU小区合并技术是指合并多个RRU的覆盖区域以形成一个带状逻辑小区，从而扩展单逻辑小区的覆盖半径，减少切换，提升网络性能。多RRU小区合并有两种技术方式：一是基带合并、一是射频合并，基带合并就是多个RRU的IQ信号完整地输入到BBU的基带处理单元，基带处理单元对来自多个RRU的IQ信号进行合并处理，不提升底噪，因而系统上行性能不会受到影响，其组网方式十分灵活，根据不同条件可以是星形、链形、环形。
射频合并方案的前提是所有的RRU都必须是链形组网的，由于在RRU上实现上行IQ的合路，上行性能会因为IQ通道的叠加而受到一定程度的影响，因此，该方案只适合于室内覆盖这种对上行的接收灵敏度要求不高的场合。
当前分布式基站技术已经成熟商用，因此采用BBU+RRU分布式基站，RRU近天线安装，适当增加天线挂高和增强发射功率等，都能配合多RRU合并技术扩展单站覆盖范围，增加单小区覆盖半径，从而减少站点数量，这不仅能降低通信建网成本，而且对于高铁覆盖网络而言，能显著降低上站维护难度，降低运维成本。
二、 高铁网铁路通信、信号、接触网供电系统现状
目前铁路网中，铁路通信、信号、接触网供电等系统仍旧保持着以往各自独立的管控摸式，各专业技术间完全处于模块化状态，自动化互通共享程度很低，高铁是集目前国际最新、高新、高端技术于一体的高度集中、高度密集的先进载体，而与之相匹配的铁路通信、信号、接触网供电等管控信息却仍处于模块化管控状态，显然不适应于高铁这种密集化技术载体的要求，不利于高铁运行的安全管理，急待于实现管控信息共享互通。
三、 集GSM-R平台实现车站区间铁路通信、信号、接触网供电等管控信息耦合探讨
利用GSM-R系统中，分布式基站BBU+RRU的技术方式，可使BBU基带站址信息与车站区间相对应；若将车站区间铁路通信、信号、接触网供电管控信息耦合，使原先模块化管控的信息实现模块加互通互享同步管控，就可对列车实现全网、全程、全管控信息互通共享监控，极大地提高高铁运行的可靠性。如：列车在运行中，任何一个专业管控信息出现异常，调度指挥中心都可在第一时间判断、决策、发布及时果断的调度指令，极大地缩短故障延迟时间，同时方便集中调度，合理快捷地指挥各相关模块专业部门连动，这样不仅减少管控环节，提高劳效，更可在第一时间掌控列车运行全局。
结束语
GSM-R作为铁路信息化的必选技术，必将在中国高铁建设的飞速发展中获得巨大的发展和提升空间，因此，偶合铁路通信、信号、接触网供电等管控系统为一个互通共享平台，提高铁路运输的安全性，必将是今后铁路信息互通共享发展的方向、重点和必然结果。
作者简介：
曹江海（1969-），男，大专学历，现就职于中国铁通西安分公司，高级工程师；曹江华，女 1974年生，大学本科学历，现就职于铁道部西安铁路局调度所，工程师。